¿Qué es Evo Devo?

DEFINICIÓN DE EVO DEVO

NOVA: Ha habido todo este rumor sobre evo devo. ¿Cuál es la idea clave y por qué es tan emocionante?

Cliff Tabin: La biología evolutiva del desarrollo, o «evo devo», es un término amplio que abarca muchas cosas. Y diferentes personas utilizan el término de forma ligeramente diferente, y también lo que lo hace interesante para ellos difiere de un científico a otro.

Para mí, empiezo echando un vistazo al lado del desarrollo. La revolución en la biología del desarrollo, y la revolución en las ciencias biológicas en su conjunto, nos ha llevado a un punto en el que podemos empezar a entender cómo los genes hacen que un embrión se forme de la manera en que lo hace, por qué se forma una extremidad en primer lugar, y luego por qué el brazo es diferente de la pierna, por qué el corazón que comienza como un tubo en el medio se pliega para estar a la izquierda y no a la derecha. Estamos empezando a entender este tipo de cuestiones fundamentales, y eso es sorprendente en sí mismo.

También estamos llegando al punto en el que podemos entender no sólo cómo se hace una extremidad, sino cómo el proceso puede ser alterado en lo que son realmente formas sutiles como que la extremidad toma la forma de un ala de murciélago frente a una mano humana frente a una aleta. Y eso me parece enormemente emocionante.

Así que, para mí, el aspecto fundamental de la evo-devo es comprender cómo se ajusta el desarrollo a lo largo del tiempo evolutivo.

Uno de los descubrimientos clave de la evo-devolución es la similitud de nuestros genes con los de todos los demás animales, ¿verdad?

Sí. Una de las sorpresas más sorprendentes en el tiempo que llevo en la ciencia ha sido el descubrimiento de que los genes que intervienen en la fabricación de animales tan diferentes como una mosca de la fruta y un ser humano son fundamentalmente los mismos genes. Cuando pensábamos en estas cosas, por ejemplo, hace 20 años, había que suponer que los genes para hacer una mosca de la fruta incluirían instrucciones para las alas, genes que no necesitábamos. Y, a la inversa, que tendríamos genes dedicados a hacer un miembro humano o un corazón humano que una mosca nunca tendría. El asombroso hallazgo fue que, en una primera aproximación, los mismos genes están presentes en ambos y se utilizan en los dos.

Es el proceso más hermoso ver surgir la organización.

Ahora, en retrospectiva, nos damos cuenta, por supuesto, de que tanto las moscas como los humanos son animales. Tuvimos un ancestro común. Tal vez era una pequeña cosa anodina parecida a un gusano, pero esa pequeña cosa parecida a un gusano ya tenía el conjunto de genes que hacían que su cabeza fuera diferente de su cola y su intestino diferente de su corazón. Para que ese gusano evolucionara en una mosca, o para que evolucionara en última instancia en un ser humano, esos genes se utilizaron de diferentes maneras, en diferentes combinaciones, con diferentes tiempos.

Fundamentalmente, el conjunto de herramientas genéticas, como lo llamamos, ya estaba allí en el ancestro común. Y ese conjunto ancestral de genes era lo suficientemente potente y versátil como para proporcionar el material para generar las diversas formas de vida animal que ahora vemos en la Tierra. Eso era algo que nadie esperaba, y ha hecho que el estudio de diversos organismos sea muy profundo. Significa que lo que se aprende al estudiar el desarrollo de una mosca tiene implicaciones directas para entender la forma en que estamos hechos nosotros mismos, porque por muy diferente que sea una mosca de un humano y por mucho que hayamos divergido, estamos usando básicamente los mismos genes para hacer lo mismo: hacer que surja la organización en un embrión.

Y usted y otros biólogos nunca lo vieron venir.

Hubiera apostado cualquier cosa a que no sería así. Habría pensado que los genes que intervienen en la fabricación de una mosca serían diferentes de los que hacen a un humano. También habría pensado que se necesitarían muchos más genes fundamentales dentro de ese conjunto de herramientas para hacer un humano. Habría pensado que los genes que se utilizan para desencadenar la formación de un corazón serían totalmente diferentes de los que se utilizarían para hacer un hueso, que serían totalmente diferentes de los que se utilizan para hacer que la parte delantera de un embrión sea diferente de la parte trasera de un embrión, y así sucesivamente.

Resulta que el mismo gen o genes se utilizan una y otra vez, sólo que de diferentes maneras y combinaciones con otros genes en una célula. Y estamos utilizando lo que yo consideraría, basándome en mi intuición previa, un número ridículamente pequeño de genes.

Todo sobre el embrión

El hecho de que todos compartimos un conjunto común de genes es fácilmente evidente en la etapa embrionaria, ¿no es así? En una fase muy temprana de su desarrollo, todos los animales se parecen en gran medida.

Sí. Una de las cosas que se ha discutido desde el siglo XIX es que si se observan embriones de diferentes vertebrados -ya sea un pez, una salamandra, una rana, un pollo, un ratón o un ser humano- en las primeras etapas tienen un aspecto muy similar. De hecho, pasan por etapas en las que son casi indistinguibles. Un profesional serio que los observe de cerca con un microscopio puede distinguir las diferencias casi desde el principio, por supuesto. Pero la similitud en las primeras etapas es realmente notable.

Una de las razones por las que creo que es el caso es que los primeros aspectos de poner las piernas en el lugar correcto, haciendo la cabeza diferente del cuerpo, esas cosas muy tempranas y muy fundamentales tienen que tener lugar en una cierta escala dictada por el rango en el que las moléculas clave son capaces de actuar. Así que cuando todos tenemos más o menos el mismo tamaño, tanto si se trata de una marsopa como de un humano o un mono, tienen lugar el mismo tipo de procesos. Después se elaboran las diferencias. Así que en las primeras etapas no es sólo un profano el que piensa que se parecen; en aspectos fundamentales son realmente similares.

Uno de los grandes momentos de la historia de la evolución es cuando una aleta se convirtió por primera vez en una extremidad.

Es asombroso ver un time-lapse de un embrión en desarrollo, de cualquier animal. Debes tener un trabajo divertido.

Una de las grandes cosas de mi campo es la oportunidad de ver cómo se desarrollan los embriones. Es el proceso más hermoso ver surgir la organización, ya sea que lo veas en la fotografía de lapso de tiempo o que lo veas bajo un microscopio con el tiempo. Es asombrosamente bello ver cómo ocurre, y todo el proceso en sí es tan fundamentalmente bello que la estética combinada con la lógica es simplemente abrumadora.

Formación del pico

¿Por qué decidió estudiar la formación del pico en los pinzones de Darwin?

Bueno, a medida que la tecnología ha ido avanzando, y a medida que nuestro conocimiento sobre el desarrollo ha crecido, llegó un punto en el que se hizo realista pensar en tratar de entender cómo las instrucciones de desarrollo se ajustaron para dar variedad en la naturaleza. No queríamos observar animales muy diferentes, porque habría muchas diferencias entre ellos y sería demasiado difícil averiguar lo que realmente ocurre. Queríamos observar animales que estuvieran muy emparentados y que, en el mejor de los casos, sólo tuvieran una estructura que difiriera de forma muy importante entre las especies.

Los pinzones de Darwin en las Galápagos son un gran ejemplo de ello. Son pájaros que en esencia son el mismo organismo, pero tienen picos con formas muy diferentes. Esa diversidad en la forma del pico les ha permitido tener estilos de vida muy diferentes. El pico es una estructura fundamentalmente importante -tiene una gran importancia ecológica- y estas diferentes especies de pinzones eran una sola especie de ave hace un millón de años. Así que esa es una de las razones por las que los pinzones de Darwin fueron muy atractivos para nosotros.

¿Y qué encontraron?

Antes de que hiciéramos nuestra investigación era posible que genes completamente diferentes estuvieran involucrados en la fabricación de picos de diferentes formas. No creíamos que fuera probable, basándonos en lo que sabíamos sobre cómo los genes controlan el desarrollo, pero era posible. Lo que descubrimos reforzó la imagen general emergente: que los mismos genes están implicados en la fabricación de un pico afilado y puntiagudo o de un pico grande y ancho que rompe nueces. Lo que marca la diferencia es cuánto se activa un gen, cuándo se activa y cuándo se desactiva: las sutiles diferencias de regulación. Los genes específicos son esenciales para hacer cualquier pico, pero es el ajuste -la cantidad del gen, el momento del gen, la duración del gen- lo que realmente hace el truco.

UN BRAZO Y UNA PIERNA

¿Se produce el mismo tipo de ajuste en la formación de las extremidades?

Sí, y en este punto, de manera muy fundamental, entendemos gran parte de la regulación molecular, los genes que le dicen a la extremidad cómo formarse. Entendemos cómo una masa temprana de células recibe información que le dice a un grupo que se convierta en una estructura y a otro grupo que se convierta en otra. Entendemos cómo el tejido empieza a formar un hueso en lugar de un tendón, por ejemplo. De una manera muy fundamental, ahora conocemos los genes que son responsables de que tu miembro sea como es.

¿Qué hace un brazo frente a una pierna, por ejemplo?

Correcto. Como he dicho antes, la estructura fundamental de una extremidad que vemos en nuestro brazo, por ejemplo, se recapitula con alguna variación en diferentes animales para servir de ala o aleta. Pero también veremos variaciones en la estructura que adopta una extremidad dentro de nuestro propio cuerpo. Un brazo y una pierna son estructuras fundamentalmente similares; por ejemplo, a medida que se avanza desde el hombro o la cadera hacia los dedos de las manos o de los pies, se tiene un solo hueso en la extremidad superior, seguido de dos huesos en la extremidad inferior, y luego muchos huesos que forman los cinco dígitos. La extremidad delantera y la trasera están construidas sobre el mismo plan básico.

No creo que sea necesario ver programas de naturaleza para quedar impresionado por la diversidad de la vida en la Tierra.

Ahora sabemos que hay genes específicos que se activan en la extremidad trasera, en la pierna, que no se activan en la extremidad delantera, el brazo. Cuando se activan, esa extremidad temprana adquiere más carácter de pierna. Hay otros genes que sólo están presentes en la extremidad anterior o en el brazo en las primeras etapas de la yema de la extremidad. Así que, fundamentalmente, la diferencia entre un brazo y una pierna puede remontarse a las diferencias en los genes dentro de la yema temprana del miembro. Esos genes específicos de las extremidades delanteras o traseras influyen en el conjunto general de instrucciones de las extremidades que establecen otros genes, de manera que el resultado es un brazo o una pierna.

Damos por sentado nuestras extremidades, pero la evolución de la extremidad a partir de la aleta de un pez, hace mucho tiempo, fue un gran salto adelante, ¿no es así?

Uno de los grandes momentos de la historia de la evolución es cuando una aleta se convirtió por primera vez en una extremidad. Esto fue algo que ocurrió en un pez que vivía en aguas poco profundas y estaba aprendiendo a manipularse en las mismas. Lo que hizo fue desarrollar una estructura que podía girar y que tenía segmentos que podían moverse independientemente unos de otros y que terminaban en dígitos, lo cual fue algo que le dio a este pez la gran habilidad de moverse en el lodo. Resultó ser una característica básica que tenía un enorme potencial, una enorme flexibilidad.

Porque lo que vemos es que el plan básico de esa extremidad -un hueso en la extremidad superior, dos huesos en la extremidad inferior, muñecas que se retuercen, una serie de cinco o menos dígitos- se ha elaborado para dar todo, desde el ala del murciélago para remontar el vuelo, hasta la aleta de una marsopa para nadar y navegar por los océanos, pasando por una mano para agarrar o tocar el piano, hasta la extremidad de un topo para cavar. Las enormes diferencias en el uso de las extremidades han permitido a los animales posteriores -anfibios, reptiles, aves, mamíferos- desarrollar una extraordinaria variedad de estilos de vida.

UNA REVOLUCIÓN DE EVOLUCIÓN

El campo de la evo devoción está realmente en plena explosión, ¿no es así?

Es simplemente increíble. El rápido ritmo, creo que más que nada, es lo que no hubiera esperado. Creo que habría predicho que eventualmente llegaríamos a donde estamos en términos de comprensión; sólo que nunca pensé que sucedería tan rápido como lo ha hecho. Ha habido revoluciones tecnológicas: la revolución de la secuenciación que nos ha permitido secuenciar genomas enteros, la tecnología para manejar enormes cantidades de información al mismo tiempo y ordenar las cosas. Es increíble lo que se puede hacer y lo mucho más fácil y rápido que es ahora que cuando yo empecé. Nunca hubiera pensado que fuera tan rápido.

¿Cómo se las arregla para mantenerse al día?

Es muy difícil mantenerse al día cuando el conocimiento se mueve tan rápido. Creo que lo que haces es mantenerte al día en las cosas que más te interesan. Cuando empecé en la biología, leí todo lo que había en todo el campo de la biología molecular porque había, comparado con hoy, relativamente poco que se hacía. Podías leer dos o tres revistas, y básicamente podías mantenerte al día en biología celular y fisiología e inmunología y biología del desarrollo y biología del cáncer. Pero ahora ni siquiera puedes mantenerte al día con la biología del desarrollo o la biología evolutiva. Eliges tus campos, eliges tus temas, eliges tus preguntas, y básicamente te mantienes al día en lo que realmente te apasiona.

Y la diversidad de la vida revelada a través del evo devo es lo que realmente te emociona.

No creo que necesites ver programas de naturaleza para quedarte boquiabierto con la diversidad de la vida en la Tierra. Basta con dar un paseo por casa. Ves pájaros, ardillas, perros. Llegas a casa y abrazas a tu hijo. Son cosas que se dan por sentadas. Pero si das un paso atrás y te fijas en lo increíble que es el pájaro volando, la ardilla tan perfectamente adaptada corriendo arriba y abajo del árbol, etc., es un mundo tan increíble. Y lo increíble de este momento de la historia, desde una perspectiva científica, es que vamos a ser capaces de entender esa diversidad, y eso sólo añade emoción. No lo desmitifica. Lo hace aún más mágico.